CN110855486B - 一种基于拓扑成图标签的电力二次系统站控层拓扑扫描方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于拓扑成图标签的电力二次系统站控层拓扑扫描方法，包括以下步骤：获取各交换机的端口和相邻交换机管理IP的映射关系，形成端口‑邻居表；获取各交换机的端口和终端设备MAC地址的映射关系，形成端口‑MAC表；获取各终端设备的IP与MAC地址的映射关系，形成IP‑MAC表；根据端口‑邻居表、端口‑MAC表和IP‑MAC表，获取交换机与终端设备的连接关系并绘制拓扑关系图。本发明能获取精确的每个交换机与相邻交换机的连接关系，拓扑成图精度高，能快速得到拓扑关系。
Description
技术领域
本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种基于拓扑成图标签的电力二次系统站控层拓扑扫描方法。
背景技术
变电站二次系统网络是变电站的重要资产，二次系统网络运行状态的好坏关系着电力系统是否能正常运行，网络拓扑图能较好的显示当前网络中的所有资产以及他们的连接关系，对于资产统计、问题定位、资产的添加移除都有较大帮助，并且变电站二次系统网络中设备众多，人工绘制拓扑的代价较大，所以变电站需要一种精确、高效的自动拓扑成图的方案。
现有的网络自动拓扑成图方案，主要使用snmp（简单网络管理协议）读取交换机的端口与MAC地址的映射关系，然后通过这个映射关系分析交换机之间的连接关系，需要复杂的计算，速度缓慢，并且精度不高，经常会出错。
因此需要一种精度高、速度快的网络拓扑成图方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于拓扑成图标签的电力二次系统站控层拓扑扫描方法，解决了现有拓扑成图方法精度低、速度慢的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于拓扑成图标签的电力二次系统站控层拓扑扫描方法，其特征是，包括以下步骤：
获取各交换机的端口和相邻交换机管理IP的映射关系，形成端口-邻居表；
获取各交换机的端口和终端设备MAC地址的映射关系，形成端口-MAC表；
获取各终端设备的IP与MAC地址的映射关系，形成IP-MAC表；
根据端口-邻居表、端口-MAC表和IP-MAC表，获取交换机与终端设备的连接关系并绘制拓扑关系图。
进一步的，所述获取各交换机的端口和相邻交换机管理IP的映射关系包括：
任一交换机的端口定期广播带有拓扑成图标签的以太网帧；
与所述交换机的端口直接相连的相邻交换机响应此以太网帧并在拓扑成图标签内填充其管理IP；
所述交换机获取其端口与相邻交换机管理IP的映射关系；
所有交换机执行以上过程，获取各交换机的端口和相邻交换机管理IP的映射关系。
进一步的，所述拓扑成图标签包括2字节的标识符和4字节的交换机管理IP；其中，2字节的标识符是协议类型，4字节的交换机管理IP是相邻交换机响应时填充的交换机管理IP。
进一步的，所述拓扑成图标签在以太网帧中的位置为：源MAC之后，类型字段之前。
进一步的，所述获取各交换机的端口和终端设备MAC地址的映射关系包括：
向各交换机请求端口-MAC表；
各交换机返回端口-MAC表。
进一步的，所述根据端口-邻居表、端口-MAC表和IP-MAC表，获取交换机与终端设备的连接关系并绘制拓扑关系图包括：
先根据所有交换机的端口-邻居表，获取交换机之间的连接关系；
再根据所有交换机的端口-MAC表，获取交换机与终端设备的连接关系，然后在交换机与终端设备的连接关系中删除端口-邻居表中连接交换机的端口对应的连接关系；
最后根据IP-MAC表，将交换机与终端设备的连接关系中MAC地址替换为IP地址，获取交换机与终端设备IP的连接关系，根据此交换机与终端设备的连接关系绘制图形化拓扑关系图。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明能获取精确的每个交换机与相邻交换机的连接关系，拓扑成图精度高。并且获取每个交换机与相邻交换机的连接关系后，并不需要额外复杂的计算，能快速得到拓扑关系。本发明方法拓扑成图精度高，速度快。
附图说明
图1是本发明使用的带有拓扑成图标签的以太网帧结构；
图2是本发明使用的IP-MAC表、端口-MAC表、端口-邻居表的结构；
图3是本发明具体拓扑绘制的效果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
电力二次系统站控层包括有多个交换机，多个交换机之间可任意两两连接，任一交换机的任一端口均可连接终端设备。
本发明的一种基于拓扑成图标签的电力二次系统站控层拓扑扫描方法，具体的包括以下内容：
步骤1：任一交换机的拓扑扫描辅助模块定期在所有端口广播带有拓扑成图标签的以太网帧，与该交换机直接相连的交换机的拓扑扫描辅助模块响应这个以太网帧并在以太网帧中拓扑成图标签内填充其管理IP返回至发送方，每个交换机均执行前述过程，各个交换机获取其端口与直接相连的交换机管理IP的对应关系，形成端口-邻居表；
图1描述了本发明使用的带有特殊拓扑成图标签的以太网帧结构，具体包括目的MAC、源MAC、拓扑成图标签、类型（上层协议类型）、数据（上层数据）、CRC。拓扑成图标签在以太网帧中的位置为：源MAC之后，类型字段之前，与802.1q的vlan标签处于相同位置。拓扑成图标签由2字节的标识符，4字节的交换机管理IP组成。其中，2字节的标识符可以是任何目前未使用的协议类型，但不能是已经被使用的协议类型，如表示IPv4的0x0800，表示802.1q标签的0x8100。4字节的交换机管理IP是邻居交换机响应时填充的交换机管理IP。
在步骤1中，交换机响应的以太网帧的拓扑成图标签中的标识符与发送时使用的标识符不一样。也就是说此标识符用来区别响应或请求报文。
交换机的拓扑扫描辅助模块向所有端口广播带有拓扑成图标签的以太网帧，并设定超时时间，如果某个端口连接的是另一台交换机，该交换机的拓扑扫描辅助模块响应这个以太网帧并在以太网帧中填充自己的管理IP，在收到这个以太网帧的端口将响应的以太网帧返回至发送方，如果某个端口在超时后仍然没有以太网帧返回，则认为这个端口没有接设备，或是接入的是终端设备，每台交换机生成自己的端口-邻居表。
图2描述了端口-邻居表的结构，端口-邻居表是交换机每个端口和相邻交换机管理IP的映射关系。
步骤2：拓扑扫描模块设定交换机的管理IP地址范围，向所有交换机请求端口-MAC表和端口-邻居表，交换机的拓扑扫描辅助模块返回端口-MAC表和端口-邻居表；
拓扑扫描模块不能漫无目的的去搜寻交换机的管理IP，需要设定一个范围，比如192.168.1.1~192.168.1.10之间，那么就不用去和这个IP范围以外的交换机请求数据，以提高扫描速度。
拓扑扫描模块可以部署在任何一个终端设备中，并设定交换机的管理IP地址范围，定期使用ICMP（Internet Control Message Protocol，Internet控制报文协议）报文判断管理IP地址范围内哪些IP是可用的，哪些是不可用，并与可用的IP地址（交换机）建立网络连接，请求该交换机的端口-MAC表和端口-邻居表。
图2描述了端口-MAC表的结构，端口-MAC表是表示交换机的每个端口与终端设备MAC地址对应关系的表。MAC地址是与交换机连接的那些终端设备的MAC地址，此端口-MAC表是交换机原先就有的，属于交换机的现有通用功能（每当有一个数据包从一个端口A过来时，交换机会记录下数据包中的源MAC，将这个源MAC与端口A建立映射关系）。
步骤3：拓扑扫描模块设定终端设备的IP地址范围，使用ARP协（AddressResolution Protocol，地址解析协议）议从各终端设备处获取终端设备IP与MAC的映射关系，形成IP-MAC表；
拓扑扫描模块根据设定的需要扫描的终端设备的IP地址范围，对每一个IP，构造ARP请求报文，请求报文内容是询问该IP的mac地址，具体格式可查阅相关资料，终端设备接受到此ARP请求后进行ARP响应，响应内容即为这个终端设备IP对应的MAC地址。
图2描述了IP-MAC表的结构。IP-MAC表是终端设备IP与MAC地址对应的关系表。
步骤4：拓扑扫描模块根据端口-邻居表、端口-MAC表、IP-MAC表，绘制交换机与终端设备的拓扑关系图。
拓扑扫描模块先根据所有交换机的端口-邻居表，获取交换机之间的连接关系，再根据所有交换机的端口-MAC表，获取交换机与终端设备（MAC）的连接关系，然后在交换机与终端设备的连接关系中删除端口-邻居表中连接交换机的端口对应的连接关系，最后根据IP-MAC表，将交换机与终端设备的连接关系中MAC地址替换为IP地址，获取交换机与终端设备（IP）的连接关系，根据此交换机与终端设备的连接关系绘制图形化拓扑图。
采用上述方案后，本发明的有益效果是：
（1）拓扑扫描模块能获取精确的每个交换机与相邻交换机的连接关系，拓扑成图精度高。
（2）拓扑扫描模块获取每个交换机与相邻交换机的连接关系后，并不需要额外复杂的计算，能快速得到拓扑关系。
实施例
以一个典型基于拓扑成图标签的电力二次系统站控层拓扑扫描过程为例，本发明包含的步骤如下：
不妨设有3台交换机switch1、switch2、switch3，管理IP分别为192.168.1.1、192.168.1.2、192.168.1.3，switch1的端口1连接switch2的端口1，switch1的端口2连接switch3的端口1，不妨设有6台终端设备，t1、t2、t3、t4、t5、t6，IP分别为192.168.1.51、192.168.1.52、192.168.1.53、192.168.1.54、192.168.1.55、192.168.1.56，MAC地址分别为6C:77:22:D7:55:51、6C:77:22:D7:55:52、6C:77:22:D7:55:53、6C:77:22:D7:55:54、6C:77:22:D7:55:55、6C:77:22:D7:55:56，t1与t2接在switch1的端口3和端口4，t3与t4接在switch2的端口2和端口3，t5与t6接在switch3的端口2和端口3。
步骤1： switch1的拓扑扫描辅助模块定期在switch1的所有端口广播带有拓扑成图标签的以太网帧，拓扑成图标签中，标识符字段为0x0155，交换机管理IP字段为0，switch2的拓扑扫描辅助模块响应这个以太网帧并在以太网帧中填充管理IP，是192.168.1.2大端整数表示方式0xc0a80102，返回至switch1，switch3的拓扑扫描辅助模块响应这个以太网帧并在以太网帧中填充管理IP，是192.168.1.3大端整数表示方式0xc0a80103，返回至switch1，switch1生成端口-邻居表：（端口1：192.168.1.2）、（端口2：192.168.1.3），同样的，switch2生成端口-邻居表：（端口1：192.168.1.1），switch3生成端口-邻居表：（端口1：192.168.1.1）；
步骤2：拓扑扫描模块设定交换机的管理IP地址范围192.168.1.1~192.168.1.10，使用ping命令判断192.168.1.1~192.168.1.10的可用性，得到192.168.1.1、192.168.1.2、192.168.1.3可用，与192.168.1.1建立TCP连接，获取端口-MAC表：（端口1：6C:77:22:D7:55:53、6C:77:22:D7:55:54）、（端口2：6C:77:22:D7:55:55、6C:77:22:D7:55:56）、（端口3：6C:77:22:D7:55:51）、（端口4：6C:77:22:D7:55:52）和端口-邻居表：（端口1：192.168.1.2）、（端口2：192.168.1.3）；与192.168.1.2建立TCP连接，获取端口-MAC表：（端口1：6C:77:22:D7:55:51、6C:77:22:D7:55:52、6C:77:22:D7:55:55、6C:77:22:D7:55:56）、（端口2：6C:77:22:D7:55:53）、（端口3：6C:77:22:D7:55:54）和端口-邻居表：（端口1：192.168.1.1）；与192.168.1.3建立TCP连接，获取端口-MAC表：（端口1：6C:77:22:D7:55:51、6C:77:22:D7:55:52、6C:77:22:D7:55:53、6C:77:22:D7:55:54）、（端口2：6C:77:22:D7:55:55）、（端口3：6C:77:22:D7:55:56）和端口-邻居表：（端口1：192.168.1.1）；
步骤3：拓扑扫描模块设定终端设备的IP地址范围192.168.1.50~192.168.1.100，使用ARP协议获取终端设备IP与MAC的映射关系得到IP-MAC表，即(192.168.1.51: 6C:77:22:D7:55:51)、(192.168.1.52: 6C:77:22:D7:55:52)、(192.168.1.53: 6C:77:22:D7:55:53)、(192.168.1.54: 6C:77:22:D7:55:54)、(192.168.1.55: 6C:77:22:D7:55:55)、(192.168.1.56: 6C:77:22:D7:55:56)；
步骤4：拓扑扫描模块根据端口-邻居表、端口-MAC表、MAC-IP表绘制拓扑关系图。
拓扑扫描模块先根据所有交换机的端口-邻居表，获取交换机之间的连接关系：switch1的端口1连接switch2的端口1，switch1的端口2连接switch3的端口1；
再根据所有交换机的端口-MAC表，获取交换机与终端设备的连接关系，即switch1：（端口1：6C:77:22:D7:55:53、6C:77:22:D7:55:54）、（端口2：6C:77:22:D7:55:55、6C:77:22:D7:55:56）、（端口3：6C:77:22:D7:55:51）、（端口4：6C:77:22:D7:55:52），switch2：(端口1：6C:77:22:D7:55:51、6C:77:22:D7:55:52、6C:77:22:D7:55:55、6C:77:22:D7:55:56）、（端口2：6C:77:22:D7:55:53）、（端口3：6C:77:22:D7:55:54），switch3:（端口1：6C:77:22:D7:55:51、6C:77:22:D7:55:52、6C:77:22:D7:55:53、6C:77:22:D7:55:54）、（端口2：6C:77:22:D7:55:55）、（端口3：6C:77:22:D7:55:56）；
然后在交换机与终端设备的连接关系中删除端口-邻居表中连接交换机的那些端口对应的连接关系，由交换机端口-邻居表之间的连接关系得知，switch1的端口1连接的实际上是switch2，端口2连接的是switch3，将端口1和端口2的关系删除，剩余（端口3：6C:77:22:D7:55:51）、（端口4：6C:77:22:D7:55:52）；这里做的意义是，剔除switch1连接其他交换机的那些端口，只剩下那些连接终端设备的端口。即变为：switch1：（端口3：6C:77:22:D7:55:51）、（端口4：6C:77:22:D7:55:52），switch2：（端口2：6C:77:22:D7:55:53）、（端口3：6C:77:22:D7:55:54），switch3:（端口2：6C:77:22:D7:55:55）、（端口3：6C:77:22:D7:55:56）；
最后根据IP-MAC表，将MAC地址替换为IP地址，即switch1：（端口3：192.168.1.51）、（端口4：192.168.1.52），switch2：（端口2：192.168.1.53）、（端口3：192.168.1.54），switch3:（端口2：192.168.1.55）、（端口3：192.168.1.56），并绘制图形化拓扑图，图3描述了本发明具体拓扑绘制的效果图。
综上所述，本发明方法能获取精确的每个交换机与相邻交换机的连接关系，拓扑成图精度高；在获取每个交换机与相邻交换机的连接关系后，并不需要额外复杂的计算，能快速得到拓扑关系。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于拓扑成图标签的电力二次系统站控层拓扑扫描方法，其特征是，包括以下步骤：
获取各交换机的端口和相邻交换机管理IP的映射关系，形成端口-邻居表；
获取各交换机的端口和终端设备MAC地址的映射关系，形成端口-MAC表；
获取各终端设备的IP与MAC地址的映射关系，形成IP-MAC表；
根据端口-邻居表、端口-MAC表和IP-MAC表，获取交换机与终端设备的连接关系并绘制拓扑关系图，
所述获取各交换机的端口和相邻交换机管理IP的映射关系包括：
任一交换机的端口定期广播带有拓扑成图标签的以太网帧；
与所述交换机的端口直接相连的相邻交换机响应此以太网帧并在拓扑成图标签内填充其管理IP；
所述交换机获取其端口与相邻交换机管理IP的映射关系；
所有交换机执行以上过程，获取各交换机的端口和相邻交换机管理IP的映射关系。
2.根据权利要求1所述的一种基于拓扑成图标签的电力二次系统站控层拓扑扫描方法，其特征是，所述拓扑成图标签包括2字节的标识符和4字节的交换机管理IP；其中，2字节的标识符是协议类型，4字节的交换机管理IP是相邻交换机响应时填充的交换机管理IP。
3.根据权利要求1所述的一种基于拓扑成图标签的电力二次系统站控层拓扑扫描方法，其特征是，所述拓扑成图标签在以太网帧中的位置为：源MAC之后，类型字段之前。
4.根据权利要求1所述的一种基于拓扑成图标签的电力二次系统站控层拓扑扫描方法，其特征是，所述获取各交换机的端口和终端设备MAC地址的映射关系包括：
向各交换机请求端口-MAC表；
各交换机返回各自的端口-MAC表。
5.根据权利要求1所述的一种基于拓扑成图标签的电力二次系统站控层拓扑扫描方法，其特征是，所述根据端口-邻居表、端口-MAC表和IP-MAC表，获取交换机与终端设备的连接关系并绘制拓扑关系图包括：
先根据所有交换机的端口-邻居表，获取交换机之间的连接关系；
再根据所有交换机的端口-MAC表，获取交换机与终端设备的连接关系，然后在交换机与终端设备的连接关系中删除端口-邻居表中连接交换机的端口对应的连接关系；
最后根据IP-MAC表，将交换机与终端设备的连接关系中MAC地址替换为IP地址，获取交换机与终端设备IP的连接关系，根据此交换机与终端设备的连接关系绘制图形化拓扑关系图。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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